Σύνθεση, επεξεργασία, απόδοση και εφαρμογή υλικών TPU

TPU (θερμοπλαστική πολυουρεθάνη)Είναι ένας τύπος πολυουρεθάνης που μπορεί να πλαστικοποιηθεί με θέρμανση και να διαλυθεί σε διαλύτες. Σε σύγκριση με την πολυουρεθάνη τύπου ανάμειξης και τύπου χύτευσης, η θερμοπλαστική πολυουρεθάνη δεν έχει ή έχει ελάχιστη χημική διασύνδεση στη χημική δομή της και τα μόριά της είναι βασικά γραμμικά, αλλά υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα φυσικής ανταλλαγής.
Η έννοια της λεγόμενης φυσικής ανταλλαγής, που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Schollenberger CS το 1958, αναφέρεται στην ύπαρξη αναστρέψιμων «σημείων σύνδεσης» μεταξύ γραμμικών μοριακών αλυσίδων πολυουρεθάνης όταν εκτίθενται σε θερμότητα ή διαλύτες. Δεν πρόκειται στην πραγματικότητα για χημική διασύνδεση. Αλλά λειτουργεί ως χημική διασύνδεση. Ως αποτέλεσμα αυτής της φυσικής διασύνδεσης, η πολυουρεθάνη σχηματίζει μια ετερογενή μορφολογική δομική θεωρία και ο δεσμός υδρογόνου της πολυουρεθάνης ενισχύει τη μορφολογία της και την καθιστά ανθεκτική σε υψηλότερη υγρασία.

Ποια είναι η ταξινόμηση της TPU;

Τώρα που γνωρίζουμε τι είναι μια TPU, ποιες είναι οι ταξινομήσεις της; Σύμφωνα με διαφορετικά πρότυπα ταξινόμησης, η TPU μπορεί να έχει πολλές διαφορετικές ταξινομήσεις.

Για παράδειγμα, ανάλογα με τη δομή του μαλακού τμήματος, μπορεί να χωριστεί σε πολυεστερικό, πολυαιθερικό και βουταδιενικό, τα οποία περιέχουν εστερική ομάδα, αιθερική ομάδα ή βουτενική ομάδα αντίστοιχα. Ανάλογα με τη δομή του σκληρού τμήματος, μπορεί να χωριστεί σε ουρεθάνης και ουρεθάνης-ουρίας, τα οποία λαμβάνονται αντίστοιχα από επεκτατές αλυσίδας διόλης ή διαμίνης. Η κοινή κατηγορία διαιρείται σε πολυεστερικό και πολυαιθερικό τύπο.
Ανάλογα με την παρουσία ή απουσία διασύνδεσης, μπορεί να χωριστεί σε καθαρά θερμοπλαστικά και ημιθερμοπλαστικά. Το πρώτο είναι μια καθαρή γραμμική δομή χωρίς διασυνδετικούς δεσμούς. Το δεύτερο περιέχει μια μικρή ποσότητα αλλοφανικού και άλλων διασυνδετικών δεσμών. Ανάλογα με τη χρήση των τελικών προϊόντων, μπορεί να χωριστεί σε ειδικά διαμορφωμένα μέρη (διάφορα μηχανικά μέρη), σωλήνες (θήκες, προφίλ ράβδων), μεμβράνες (φύλλα, φύλλα), κόλλες, επιστρώσεις και ίνες.

Πώς συντίθεται η TPU

Παρόλο που υπάρχουν πολλές ταξινομήσεις της TPU, όλες ανήκουν στην πολυουρεθάνη όσον αφορά τη μοριακή δομή. Πώς λοιπόν δημιουργήθηκε; Σύμφωνα με διαφορετικές διαδικασίες σύνθεσης, διαιρείται κυρίως σε πολυμερισμό χύδην και πολυμερισμό διαλύματος.

Στον μαζικό πολυμερισμό, μπορεί να χωριστεί σε μέθοδο προπολυμερισμού και μέθοδο ενός σταδίου ανάλογα με το εάν υπάρχει προαντίδραση: η μέθοδος προπολυμερισμού είναι η αντίδραση διισοκυανικού με μακρομοριακή διόλη για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και στη συνέχεια η προσθήκη επέκτασης αλυσίδας για την παραγωγή TPU. Οι μοριακές διόλες, οι διισοεστέρες και οι επεκτατικοί παράγοντες αλυσίδας αναμειγνύονται ταυτόχρονα και αντιδρούν για να σχηματίσουν TPU.
Ο πολυμερισμός διαλύματος συνίσταται στην αρχική διάλυση του διισοκυανικού σε διαλύτη, στη συνέχεια στην προσθήκη μακρομοριακής διόλης για να αντιδράσει για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και τέλος στην προσθήκη επεκτατικού αλυσίδας για την παραγωγή TPU.
Ο τύπος του μαλακού τμήματος, το μοριακό βάρος, η περιεκτικότητα σε σκληρό ή μαλακό τμήμα και η κατάσταση συσσωμάτωσης TPU της TPU θα επηρεάσουν την πυκνότητα της TPU. Η πυκνότητα κυμαίνεται μεταξύ 1.10 και 1.25, η οποία δεν διαφέρει σημαντικά από άλλα ελαστικά και πλαστικά. Στην ίδια σκληρότητα, η πυκνότητα της πολυαιθερικής TPU είναι χαμηλότερη από αυτή της πολυεστερικής TPU.

Πώς γίνεται η επεξεργασία του TPU

Η ρητίνη TPU πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία για την παραγωγή τελικών προϊόντων και η TPU υποβάλλεται κυρίως σε επεξεργασία με τη μέθοδο τήξης και τη μέθοδο διαλύματος. Η μοριακή της δομή είναι ένα άκαμπτο μπλοκ που λαμβάνεται με την αντίδραση διισοκυανικού διφαινυλομεθανίου (MDI) ή διισοκυανικού τολουολίου (TDI) με έναν παράγοντα επέκτασης αλυσίδας και διισοκυανικού όπως διισοκυανικό διφαινυλομεθάνιο (MDI) ή διισοκυανικό τολουόλιο (TDI). Τα μόρια και οι μακρομοριακές πολυόλες αντιδρούν για να σχηματίσουν εύκαμπτα τμήματα εναλλάξ.

Η επεξεργασία τήγματος είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία πλαστικών: όπως η ανάμειξη, η καλανδράρισμα, η εξώθηση, η χύτευση με εμφύσηση και η χύτευση (συμπεριλαμβανομένης της έγχυσης, της συμπίεσης, της μεταφοράς και της φυγοκέντρησης κ.λπ.). Η επεξεργασία διαλύματος είναι η διάλυση σφαιριδίων σε διαλύτες ή ο άμεσος πολυμερισμός σε διαλύτες. Μετά την παρασκευή ενός διαλύματος, εκτελούνται η επικάλυψη, η περιδίνηση κ.λπ.
Η TPU μετατρέπεται στο τελικό προϊόν, το οποίο γενικά δεν απαιτεί βουλκανισμό και αντίδραση διασύνδεσης, κάτι που μπορεί να συντομεύσει τον κύκλο παραγωγής, ενώ τα απόβλητα μπορούν να ανακυκλωθούν και να επαναχρησιμοποιηθούν.

Απόδοση TPU

Όπως η χυτή πολυουρεθάνη (υγρή) και η ανάμειξη πολυουρεθάνης (στερεά), η TPU έχει υψηλό μέτρο ελαστικότητας, υψηλή αντοχή, υψηλή επιμήκυνση και υψηλή ελαστικότητα, εξαιρετική αντοχή στη φθορά, αντοχή στο λάδι, αντοχή σε χαμηλές θερμοκρασίες και αντοχή στη γήρανση. Μεταξύ αυτών, η υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, η υψηλή επιμήκυνση και η χαμηλή μακροχρόνια θλιπτική σκλήρυνση είναι όλα σημαντικά πλεονεκτήματα της TPU.

1. Υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και υψηλή επιμήκυνση
Η TPU έχει εξαιρετική αντοχή σε εφελκυσμό και επιμήκυνση. Από τα δεδομένα στο παρακάτω σχήμα, μπορούμε να δούμε ότι η αντοχή σε εφελκυσμό και η επιμήκυνση της πολυαιθερικής TPU είναι πολύ καλύτερες από αυτές του πλαστικού και του καουτσούκ από πολυβινυλοχλωρίδιο.

Επιπλέον, η TPU μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις της βιομηχανίας τροφίμων χωρίς να προσθέσει ή να προσθέσει λίγα πρόσθετα στη διαδικασία επεξεργασίας, κάτι που είναι δύσκολο για άλλα υλικά όπως το PVC και το καουτσούκ.

2. Η ανθεκτικότητα είναι πολύ ευαίσθητη στη θερμοκρασία
Η ανθεκτικότητα της TPU αναφέρεται στον βαθμό ταχείας ανάκαμψης στο αρχικό της σχήμα μετά την απελευθέρωση της τάσης παραμόρφωσης, η οποία εκφράζεται από την ενέργεια ανάκτησης, δηλαδή την αναλογία του έργου ανάκλησης παραμόρφωσης προς το έργο που απαιτείται για την παραμόρφωση. Είναι συνάρτηση του δυναμικού μέτρου ελαστικότητας και της εσωτερικής τριβής του ελαστομερούς και είναι πολύ ευαίσθητη στη θερμοκρασία.

Η επαναφορά μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, μέχρι μια ορισμένη θερμοκρασία, η ελαστικότητα αυξάνεται ξανά γρήγορα. Αυτή η θερμοκρασία είναι η θερμοκρασία κρυστάλλωσης του μαλακού τμήματος, η οποία εξαρτάται από τη δομή της μακρομοριακής διόλης, και η πολυαιθερική TPU είναι χαμηλότερη από την πολυεστερική TPU. Σε θερμοκρασίες κάτω από τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης, το ελαστομερές γίνεται πολύ σκληρό και χάνει την ελαστικότητά του, επομένως, η ανάκαμψη είναι παρόμοια με την ανάκαμψη από μια σκληρή μεταλλική επιφάνεια.

3. Η σειρά σκληρότητας είναι Shore A60~D80
Η σκληρότητα είναι ένας δείκτης της ικανότητας ενός υλικού να αντιστέκεται σε παραμορφώσεις, γρατσουνιές και γρατσουνιές.
Η σκληρότητα της TPU μπορεί να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας την αναλογία των μαλακών και σκληρών τμημάτων της αλυσίδας. Επομένως, η TPU έχει ένα σχετικά ευρύ φάσμα σκληρότητας. Η σκληρότητά της κυμαίνεται από Shore A60 έως D80, καλύπτοντας τη σκληρότητα του καουτσούκ και του πλαστικού, και έχει ένα ευρύ φάσμα σκληρότητας σε ολόκληρο το εύρος σκληρότητας. Υψηλή ελαστικότητα.
Με την αλλαγή της σκληρότητας, ορισμένες ιδιότητες της TPU θα αλλάξουν. Για παράδειγμα, εάν αυξηθεί η σκληρότητα της TPU, θα υπάρξουν αλλαγές στην απόδοση, όπως αυξημένο μέτρο εφελκυσμού και αντοχή σε σχίσιμο, αυξημένη ακαμψία και θλιπτική τάση (ικανότητα φορτίου), μειωμένη επιμήκυνση, αυξημένη πυκνότητα και δυναμική παραγωγή θερμότητας, καθώς και αυξημένη περιβαλλοντική αντοχή.

Πεδίο εφαρμογής της TPU

Η TPU εμπορευματοποιήθηκε με επιτυχία για πρώτη φορά από την American Goodrich Chemical Company (τώρα Lubrizol) το 1958 και έκτοτε έχει ερευνηθεί και επεκταθεί σε όλο τον κόσμο. Σήμερα, οι κατασκευαστές πρώτων υλών TPU περιλαμβάνουν κυρίως τις BASF, Covestro, Lubrizol, Huntsman, Wanhua Chemical, Shanghai Hengan, Ruihua, Asahikawa Chemical και άλλες.
Ως ελαστομερές με εξαιρετική απόδοση, η TPU διαθέτει ένα ευρύ φάσμα προϊόντων και χρησιμοποιείται ευρέως σε είδη καθημερινής χρήσης, αθλητικά είδη, παιχνίδια, διακοσμητικά υλικά και άλλους τομείς. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα.
1. Υλικό παπουτσιού
Η TPU χρησιμοποιείται σε υλικά υποδημάτων κυρίως λόγω της εξαιρετικής ελαστικότητάς της και της αντοχής στη φθορά. Τα προϊόντα υποδημάτων που περιέχουν TPU είναι πολύ ανώτερα στην άνεση κατά τη χρήση από τα συνηθισμένα προϊόντα υποδημάτων, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως σε προϊόντα υποδημάτων υψηλής ποιότητας, ειδικά σε ορισμένα αθλητικά παπούτσια και παπούτσια casual.


2. Μάνικα
Επειδή ο σωλήνας TPU έχει απαλότητα, καλή αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή σε κρούση και αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, ο σωλήνας TPU χρησιμοποιείται ευρέως στην Κίνα για τη μεταφορά αερίου και πετρελαίου αεροσκαφών, δεξαμενών, αυτοκινήτων, μοτοσικλετών, εργαλειομηχανών και άλλων σωλήνων μηχανικού εξοπλισμού.



3. Καλώδιο
Η TPU παρέχει αντοχή στο σχίσιμο, αντοχή στη φθορά και χαρακτηριστικά κάμψης, ενώ η αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες είναι το κλειδί για την απόδοση των καλωδίων. Επομένως, στην κινεζική αγορά, η TPU για καλώδια υψηλής τεχνολογίας, όπως καλώδια ελέγχου και καλώδια τροφοδοσίας, χρησιμοποιείται για την προστασία των υλικών επίστρωσης καλωδίων με σύνθετα σχέδια, και οι χρήσεις της γίνονται ολοένα και πιο εκτεταμένες.



4. Ιατρικός εξοπλισμός
Η TPU είναι μια ασφαλής, σταθερή και υψηλής ποιότητας εναλλακτική λύση στο PVC. Δεν περιέχει επιβλαβείς χημικές ουσίες όπως φθαλικό άλας και μεταφέρεται στο αίμα ή σε άλλα υγρά σε ιατρικούς καθετήρες ή ιατρικές σακούλες προκαλώντας παρενέργειες. Η TPU βαθμού εξώθησης και βαθμού έγχυσης μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί με μικρή προσαρμογή στον υπάρχοντα εξοπλισμό PVC.